DE1601981B2

DE1601981B2 - Ansaugdaempfer mit luftfilter fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1601981B2
Application number: DE1968S0114604
Authority: DE
Inventors: Raymond A. Sceaux Hautsde-Seine Ravenel (Frankreich)
Original assignee: Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Citroen SA
Priority date: 1967-04-18
Filing date: 1968-03-18
Publication date: 1976-12-09
Also published as: BE711902A; LU55630A1; ES351315A1; FR1527102A; DE1601981A1; NL6804230A; US3530648A; GB1177726A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ansaugdämpfer mit Luftfilter für Brennkraftmaschinen, der stromauf vom Vergaser zwei in Reihe geschaltete Kammern aufweist, die durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind und von denen die in Ansaugrichtung erste Kammer eine Resonanzfrequenz aufweist, die unterhalb der Resonanzfrequenz der zweiten Kammer liegt.

Es sind Ansaugdämpfer dieser Art bekannt (BE-PS 5 41 094, GB-PS 8 06 925). Sie haben den Nachteil, daß sie eine Änderung in der den Brennstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Maschinendrehzahl darstellenden Kurve Unregelmäßigkeiten im Verbrauch in dem Drehzahlbereich der Maschine aufweisen, in dem die Kammern des Ansaugdämpfers in Resonanz geraten. Diese Unregelmäßigkeiten führen zu einem Überverbrauch. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ansaugdämpfer der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, die solchen Überverbrauch aus Resonanzerscheinungen vermeidet.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, daß die Resonanzfrequenz jeder einzelnen Kammer, so gewählt ist, daß die obere Resonanzfrequenz des gesamten Ansaugdämpfers über der maximalen Motordrehzahl und die untere Resonanzfrequenz nach einer wenig benutzten Gebrauchsdrehzahl hin abgesenkt ist, und daß die Verbindungsleitung beider Kammern in an sich bekannter Weise derart gestaltet ist, daß bei einem Luftstrom entgegen der Ansaugrichtung der Druckabfall größer als in Ansaugrichtung ist.

Durch die Erfindung werden die einen störenden Einfluß ausübenden Resonanzbereiche aus dem wesentlichen Arbeitsbereich der Maschine verschoben, so daß der zur Drehzahl im wesentlichen proportionale lineare Teil der Leistungskurve der Maschine in Richtung auf höhere Drehzahlen verlängert und'dabei gleichzeitig die Füllung der Maschinenzylinder bei diesen Drehzahlen verbessert wird. Andererseits ist eine gewisse Störung in der Verbrauchskurve in einer wenig benutzten Gebrauchsdrehzahl unbedeutend. Dabei kann der erfindungsgemäße Ansaugdämpfer ungestört weiterhin die Aufgabe als Ansaugdämpfer, d. h. als Geräuschfilter mit optimaler Dämpfung erfüllen, da im wesentlichen der gesamte Frequenzbereich auf die Erfassung der oberen und der unteren Frequenzen abgedeckt wird.

Es ist eine Brennkraftmaschine bekannt (DT-PS 7 21 571), bei der in der Ansaugleitung durch Zuschalten eines Gassacks ein Resonator gebildet wird, der im Falle der Resonanz die Gaszufuhr oder Gasabfuhr sperrt. — Es ist ferner bei Schalldämpfern für Brennkraftmaschinen bekannt (DT-PS 7 32 732), Abgas durch aufeinanderfolgende Kammern zu führen, die durch Rohre in Verbindung stehen und akustische Resonatoren darstellen, die erwünschte Geräuschfrequenzen ausfiltern, wobei die Längen der Rohre und die Längen der Kammern in beliebiger Reihenfolge im Verhältnis 1 :2 :4 ; 8 :16 usw. gestaffelt sind. — Schließlich ist es bei Ansaugdämpfern mit hintereinander angeordneten Kammern bekannt, die diese verbindenden Rohre als glockenförmige Hülsen auszubilden, deren zur Ansaugseite weisendes Ende größeren Querschnitt als das andere hat, wodurch bei einem Luftstrom entgegen der Ansaugrichtung der Druckabfall größer als in Ansaugrichtung ist und wodurch erreicht werden soll, daß der Schall entgegen der Strömungsrichtung in die zugehörige Kammer geleitet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einer Prinzipdarstellung einen erfindungsgemäßen Ansaugdämpfer mit Luftfilter für eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern,

F i g. 2 ein Diagramm, welches die Verbrauchskurve der Maschine in Abhängigkeit von der Drehzahl zeigt,

F i g. 3 ein Diagramm, welches die Geräuschdämpfungskurve des Ansaugdämpfers als Funktion der Drehzahl verdeutlicht,

Fig.4 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ansaugdämpfers mit Luftfilter,

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie V-V in F i g. 4 und F i g. 6 einen Schnittansicht längs der Linie VI-VI in T ig. 4.

Es wird zunächst unter Bezugnahme auf F i g. 1 die generelle Auslegung des erfindungsgemäßen Ansaugdämpfers mit Luftfilter für eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern 1 und 2 oder einer Maschine erläutert, die eine gerade Zylinderzahl für jedes Paar von zwei Zylindern aufweist, bei dem der Zyklus jedes Zylinders um 360° gegenüber dem anderen an der Kurbelwelle versetzt ist. Der Ansaugdämpfer sitzt in Ansaugrichtung vor dem Vergaser 3 und besitzt nacheinander in Ansaugrichtung eine erste Kammer 4 und eine zweite Kammer 5, die untereinander durch eine Verbindungsleitung 6 verbunden sind. In der ersten Kammer 4 sitzt nahe dem Einlaßrohr dieser Kammer ein Filterelement

Zeichnet man die Leistungskurve einer zweizylindrigen Maschine, bei der der Zyklus jedes Zylinders gegenüber dem anderen um 360° Kurbelwelle versetzt ist und die beiden Zylinder 1 und 2 durch einen einzigen Vergaser gespeist werden, der in der in der Zeichnung dargestellten Weise angeschlossen ist, so stellt man fest, daß man die Leistung der Maschine erhöhen kann, wenn man stromaufwärts vom Vergaser eine Resonanzkammer anordnet, die eine verhältnismäßig hohe Resonanzfrequenz besitzt. Gleichzeitig stellt man fest, daß es für diese Kammer einen optimalen Wert gibt, für den man die maximale Leistung erhält; die optimale Kammer 5 besitzt eine Resonanzfrequenz Z₂ in der Größenordnung

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von 75 Hz, die einer Drehzahl von 4500 Umdrehungen pro Minute entspricht.

Ist die Leistung durch die Wahl der optimalen Kammer 5 auf einen optimalen Wert gebracht, so stellt man fest, daß die Verwendung der einzigen Kammer 5 stromauf vom Vergaser 3 in der Verbrauchskurve (Fig.2) Cs als Funktion der Drehzahl π oder der Frequenz / (in Hz) zu einer Unregelmäßigkeit im Verbrauch a\ führt, wie es strichpunktiert angedeutet ist; diese Unregelmäßigkeit ist besonders störend, da sie in einer Zone liegt, die sehr stark benutzten Drehzahlen entspricht (sie liegt zwischen der unteren Drehzahlgrenze N\ und der oberen Drehzahlgrenze N₂).

Zur Vermeidung des Nachteils aus dieser Verbrauchsspitze wird erfindungsgemäß stromauf zur Kammer 5 eine weitere Kammer 4 eingeschaltet, die eine Resonanzfrequenz besitzt, die unterhalb derjenigen der Kammer 5 liegt. So kann beispielsweise die Kammer 4 eine Resonanzfrequenz f\ in der Größenordnung von 50 Hz besitzen, die beispielsweise einer Drehzahl von 3000 Umdrehungen/Minute entspricht.

Die Resonanzfrequenzen der Kammern 4 und 5 können experimentell oder durch die Annäherungsformel von Helmholtz

/ =
oder besser von R a y 1 e i g h

bestimmt werden. In den Formeln bedeutet /■ die Resonanzfrequenz, C die Schallgeschwindigkeit in der Luft, V das Volumen der Kammer, r den Radius des Ansaugrohrs bzw. der Verbindungsleitung der Kammer und 1 die Länge dieses Ansaugrohrs. Die Größen Vi, r\ und h für die erste Kammer 4 und V₂, r₂ und I₂ für die zweite Kammer sind in der F i g. 1 angegeben.

Die Rechnung zeigt, daß die Verbindung der beiden Kammern 4 und 5 die Resonanzfrequenzen des Ansaugdämpfers modifiziert, die die Wurzel ψ\, φ₂ der Gleichung werden:

³ 2

φι und q>₂ sind in Wirklichkeit angenäherte Werte, die experimentell präzisiert werden können.

Die Verbindung der beiden Resonanzkammern 4 und 5 führt dazu, daß die Resonanzfrequenzen auseinandergespreizt werden, so daß der Ansaugdämpfer nunmehr zwei neue Resonanzfrequenzenψ\,φ₂ besitzt, wobei

<Pi < A < fi <

Wie in der Fig.2 dargestellt ist, ist die untere Resonanzfrequenz von /Ί =50 Hz (bei 3000 U/min) nach φι =28 Hz (1700 U/min) z. B. verschoben, während die obere Resonanzfrequenzen von /2 = 75 Hz (bei 4500 U/min) nach φ₂=133 Hz (8000 U/min) verschoben ist,

d. h. über den maximal benutzbaren Bereich N₂ hinaus. Man erhält daher eine Verbrauchskurve (Fig.2), die über die ganze Skala der üblichen Gebrauchsdrehzahlen vorteilhaft ist. Man sieht aus der F i g. 2, daß die Verbrauchskurve eine erste Verbrauchsspitze a₂ zeigt, (diese entspricht der Frequenz ψ₂, d. h. einer Drehzahl /j₂ = 8000 U/min), die außerhalb der maximalen Gebrauchsdrehzahl N₂ liegt sowie eine Verbrauchsspitze az, die der Frequenz φι entspricht, d. h. einer Drehzahl n\ = 1700 U/min. Diese letzte Spitze Hz ist mit Rücksicht auf den Übergangscharakter dieser Drehzahl und sie ist darüber hinaus durch die besondere Auslegung der Verbindungsleitung 6 zwischen den beiden Kammern 4 und 5 gemildert. Diese Verbindungsleitung ist derart ausgelegt, daß sie entgegen der Ansaugrichtung einen stärkeren Druckabfall erzeugt. Sie kann beispielsweise von einer gekrümmten Leitung gebildet sein, die ein Mundstück in Venturiform besitzt oder die auch eine Folge von verschobenen Kegeln trägt.

Diese Leitung 6 bewirkt eine Verringerung der Modulationsamplitude bei der Resonanzdrehzahl und dementsprechend eine Verringerung des Überverbrauchsfaktors.
Wie man aus der F i g. 3 ersieht, die die Veränderung der Schalldämpfung A in Dezibel als Funktion der Motordrehzahl η (oder der Frequenz f) wiedergibt, wirkt der Ansaugdämpfer gemäß folgender Beschreibung, so daß die Dämpfungskurve b für jede der Resonanzfrequenzen φι und q>₂ den Wert Null erreicht.

Bei Anwendung bei einer Brennkraftmaschine deren Geräuschniveau in Abhängigkeit von der Drehzahl ansteigt (Kurve c) erzeugt er eine nahzu konstante und maximale Dämpfung für die hohen Gebrauchsdrehzahlen. Die oben angegebenen Ergebnisse können auch dann erzielt werden, wenn nicht nur zwei, sondern drei oder mehr Kammern in Reihe geschaltet werden.

Es wird nunmehr unter Bezugnahme auf die F i g. 4,5 und 6 eine besondere. Ausführungsform eines Systems beschrieben, das einen Ansaugdämpfer mit Luftfilter bildet, der an eine Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern angeschlossen werden kann. Diese Vorrichtung besitzt im wesentlichen ein Gehäuse aus zwei durch Bördelung miteinander vereinigten Schalen, d. h. eine Oberschale 11 und eine Unterschale 12. Eine vertikale Trennwand 13 gewährleistet die Trennung des Innenraums des Behälters in zwei Kammern, von denen bei Betrachtung in Strömungsrichtung der Luft oder Ansaugrichtung die Kammer 14 stromaufwärts und die andere Kammer 15 stromabwärts liegt. Die stromaufwärts gelegene Kammer 14 ist ihrerseits in eine obere Kammer oder Ansaugkammer 14a und eine untere Kammer 14ώ unterteilt, und zwar durch eine horizontale Trennwand 16, die in ihrer Mitte ein Loch großen Durchmessers besitzt. Auf der Trennwand 16 ist mit Hilfe eines Deckels 19 ein das zentrale Loch 17 umgebender zylindrischer Filtereinsatz 18 festgelegt. Der Deckel liegt stets unter Zwischenschaltung einer Dichtung 21 auf dem Rand eines Lochs auf, das in der Oberseite der Oberschale 11 vorgesehen ist. Seine Lage und sein Anpreßdruck wird durch eine Schraubenmutter 22 gewährleistet, die auf eine Schraube 23 aufgeschraubt ist; letztere ist an einem fest mit der Trennwand 16 verbundenen Bügel 24 befestigt.

An die Oberschale ist ein Lufteinlaßanschluß 25 angeschweißt, der in die Ansaugkammer 14a einmündet.

Eine gekrümmte Verbindungsleitung 26 sorgt für die

Verbindung zwischen der stromaufwärts gelegenen Kammer 14 und der stromabwärts gelegenen Kammer

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15. Diese Verbindungsleitung durchquert ein in der vertikalen Trennwand 13 vorgesehenes Loch 27. Die Verbindungsleitung 26 hat bei dieser Ausführungsform eine halbkreisförmige Gestalt und hat ein aufgeweitetes, venturibildendes Einlaßende 28.

Der Weg der Ansaugluft ist durch die Pfeile gezeigt. Die Luft tritt durch den Anschluß 25 in die Ansaugkammer 14a ein, durchquert den Filtereinsatz 18, strömt dann durch das Loch 17 in die untere Kammer 146 der stromauf gelegenen Kammer 14 und gelangt dann über die Verbindungsleitung 26 in die stromab gelegene Kammer 15, die sie in Richtung zur Maschine über den Anschluß 29 verläßt. Die stromaufwärts gelegene Kammer 14 hat ein größeres Volumen als die stromabwärts gelegene Kammer 15, so daß die Resonanzfrequenz der Kammer 14 (71 = 50 Hz) kleiner als diejenige der stromab gelegenen Kammer 15 ist (f2=75 Hz), wie es auch in der F i g. 1 verdeutlicht ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentanspruch:

Ansaugdämpfer mit Luftfilter für Brennkraftmaschinen, der stromauf vom Vergaser zwei in Reihe geschaltete Kammern aufweist, die durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden sind und von denen die in Ansaugrichtung erste Kammer eine Resonanzfrequenz aufweist, die unterhalb der Resonanzfrequenz der zweiten Kammer liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Resonanzfrequenz (f\, /2) jeder einzelnen Kammer (4; 5) so gewählt ist, daß die obere Resonanzfrequenz (q>2) des gesamten Ansaugdämpfers über der maximalen Motordrehzahl und die untere Resonanzfrequenz (φι) nach einer wenig benutzten Gebrauchsdrehzahl hin abgesenkt ist, und daß die Verbindungsleitung beider Kammern in an sich bekannter Weise derart gestaltet ist, daß bei einem Luftstrom entgegen die Ansaugrichtung der Druckabfall größer als in Ansaugrichtung ist.